Þú hefur örugglega einhvern tíma horft á rigninguna, undrandi og undrandi á því hvernig regndroparnir falla á hana. Dropar sem alltaf líkjast hringlaga eða sporöskjulaga formi og að persónulega sérðu þá falla eins og þeir væru nálar. Hvaða ráðgátur eru að baki myndun vatnsdropa? Hvað er falið undir yfirborði örsmárra vatnsdropa og af hverju myndast vatnsdropar?
Ef þú vilt ráða öll þessi gátur og efasemdir skaltu halda áfram að lesa 🙂
Vatnsdropi
Vatn er algengasta frumefnið sem er til á yfirborði jarðar. Þökk sé vatni getur lífið eins og við þekkjum það þróast. Ef það væri ekki fyrir hana væru engar ár, vötn, haf eða haf. Það sem meira er, við gætum ekki lifað þar sem við erum 70% vatn.
Vatn er að finna í öllum þremur ríkjunum: fast (í formi ís), vökvi (vatn) og gas (vatnsgufa). Stöðubreyting þess fer alfarið eftir hitastigi og þrýstingi. Þegar hita er beitt á ís eykur orka hans titring vatnssameindanna inni í honum og hann byrjar að bráðna. Ef þessi hiti heldur áfram munu agnir skilja að svo miklu leyti að þær breytast í gas. Vatnsgufa þeir eru bara litlir dropar af vatni. En ...
Af hverju myndast vatnsdropar?
Þegar við bendum á sameindirnar sem mynda vatn gerum við það hringlaga form svipað og kúlur sem haldið er saman með titringi og snúningi. Ef þetta væri svo, af hverju dreifist það ekki í þykkt einnar sameindar þegar vatnið er hellt niður? Þetta gerist vegna þess sem kallað er yfirborðsspenna. Þökk sé yfirborðsspennunni sem er milli sameindanna getum við látið nál fljóta ofan á glasi eða skóframleiðandaskordýrin geta gengið í gegnum vatnið.
Til að skilja þetta þarftu að vita hvað er að gerast inni í vökvanum. Vatn samanstendur af sameindum og þetta eru síðan frumeindir. Hvert atóm hefur jákvæðar hleðslur (róteindir) og neikvæðar hleðslur (rafeindir) og þær hafa eitt eða annað form, allt eftir tegund sameindarinnar sem þær eru að mynda. Stundum laðast rafeindaskelin meira að hvort öðru og í önnur skipti róteindir og rafeindir. Þess vegna vitum við að það eru aðdráttarafl og fráhrindingar.
Þegar við lítum á sameind inni í vökvanum getum við séð hvernig hún er algjörlega umkringd fleiri sameindum og þar sem allir millimólasaflar sem til eru hætta við hver annan. Ef annar myndi skjóta til vinstri myndi hinn skjóta til hægri af sama styrkleika, þannig að þeir hætta hvor öðrum. Þetta gerir sameindirnar með minni orku og eru stöðugri. Það ríki sem kostar minnst orku til að viðhalda er alltaf leitað, hvað er heitt kólnar, hvað er mjög hátt fellur o.s.frv.
Málið er flókið þegar fylgst er með sameindunum sem eru í yfirborðslagi vatnsins. Þessar sameindir eru ekki alveg umkringdar öðrum sameindum. Þeir fá aðeins styrk frá annarri hliðinni, en ekki frá hinni hliðinni. Til að laga þetta vandamál, sameindast sameindirnar og reyna að finna lögun til að lágmarka yfirborðssvæðið sem þær hernema. Fyrir sama hljóðstyrk, rúmfræðilegi líkaminn með minnsta yfirborðssvæðið er kúlan.
Af öllum þessum ástæðum myndast vatnsdropar þegar vatninu er hellt í hringlaga eða kúluform. Þetta er líka ástæðan fyrir því að hlutir sem hafa lítinn massa og eru þéttari en vatn (eins og skóskordýr) geta flotið þar sem yfirborð vatnsins hefur tilhneigingu til ekki brotna til að hleypa erlendum líkama inn.
Yfirborðsspenna í vatni er meiri en í öðrum vökva þar sem rúmfræði sameinda þess er skörp og veldur því að fleiri kraftar eru til.
Af hverju eru regndropar í laginu eins og tár?
Þegar búið er að útskýra ástæðuna fyrir því að vatnsdropar myndast er kominn tími til að útskýra hvers vegna þessir dropar eru í formi társ þegar þeir detta af himni í rigningunni.
Venjulega er táradropinn vatnsdropi sýndur. En nema þessir dropar falli á glugga hefur hann ekki svipaða lögun. Lítil regndropar hafa radíus innan við millimetra og eru kúlulaga í laginu. Þeir stærstu eru í formi hamborgarabrauta þegar þeir ná radíusgildum sem eru stærri en 4,5 mm. Þegar þetta gerist brenglast droparnir í fallhlíf með vatnsrör um grunninn og dreifast í smærri dropa.
Þessi breyting á lögun vatnsdropanna stafar af spennu tveggja krafta sem starfa samtímis. Sú fyrsta er áður sést yfirborðsspenna og annað er loftþrýstingur, lag til að ýta botni dropans upp þegar það fellur. Þegar dropinn af vatni er minni beitir yfirborðsspennan meiri krafti en loftþrýstingurinn, þannig að dropinn fær lögun kúlu. Þegar stærð vatnsfallsins eykst eykst hraðinn sem hann fellur með, á þann hátt að krafturinn sem loftþrýstingur hefur áhrif á vatnsfallið eykst. Þetta veldur því að dropinn verður fletari og lægð myndast inni í honum.
Þegar radíus dropans fer yfir 4 mm eykst lægðin í miðju dropans á þann hátt að hann myndast poka með vatnshring ofan á og úr þessum stóra dropa myndast nokkrir litlir.
Með þessum upplýsingum er hægt að læra aðeins meira um dropana af vatni og hvers vegna þeir hafa þá lögun þegar þeir eru á mismunandi stöðum. Nú geturðu horft í gegnum gluggann með meiri þekkingu um frumefnið sem gefur okkur líf.
Vertu fyrstur til að tjá